无线传感器网络体系结构

无线传感器网络的结构与特点分析无线传感器网络（WSN）是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。

WSN中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。

通过无线通信方式形成的一个多跳自组织的网络。

无线传感器网络结构无线传感器网络系统通常包括传感器节点（Sensor node）、汇聚节点（Sink node）和管理节点。

大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。

传感器节点检测的数据沿着其他传感器节点逐条地进行传输，在传输过程中检测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。

用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测数据。

传感器网络处理能力、存储能力和通信能力较弱，通过小容量电池供电。

从网络功能上看，每个传感器节点除了进行本地信息收集和数据处理外，还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合，并与其他节点协作完成一些特定任务。

汇聚节点汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对较强，它是连接传感器网络与Internet外部网络的网关，实现两种协议间的转换，同时向传感器节点发布来自管理节点的监测任务，并把WSN收集到的数据转发到外部网络上。

管理节点管理节点用于动态地管理整个无线传感器网络。

传感器网络的所有者通过管理节点访问无线传感器网络的资源。

无线传感器网络主要特点大规模为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量传感器节点，可能达到成千上万，甚至更多。

传感器网络的大规模性包括两方面的含义：一方面是传感器节点分布在很大的地理区域内，如在原始大森林采用传感器网络进行森林防火和环境监测，需要部署大量的传感器节点；另一方面，传感器节点部署很密集，在面积较小的空间内，密集部署了大量的传感器节点。

传感器网络的大规模性具有如下优点：通过不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比；通过分布式处理大量的采集信息能够提高监测的精确度，降低对单个节点传感器的精度要求；大量冗余节点的存在，使得系统具有很强的容错性能；大量节点能够增大覆盖的监测区域，减少洞穴或者盲区。

无线传感器网络协议体系结构
无线传感器网络的通信协议为五层结构：物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。

其中通信部分位于数据链路层和物理层，采用的标准是IEEE 802.15.4。

通信部分采用的通信技术可以是有线、无线、红外等，其中无线技术可以是ZigBee、蓝牙、超带宽（UWB）等。

组网技术主要在传输层和网络层。

支撑技术主要在应用层实现，包括时间同步技术、定位技术、数据融合技术、能量管理和安全机制等，主要作用是保证用户功能的正常运行。

物理层作用是为终端设备提供数据传输的通路。

主要任务是信号的调制、数据收发速率、通信频段的选择以及传输介质的选取。

数据链路层作用是建立可靠的点到点、点到多点的通信链路，保证源节点发出的信息可以正确的传输到目标节点。

主要任务是数据成帧、帧检测、介质访问、差错控制和功率控制。

网络层作用是将数据由传感器节点可靠的传输到汇聚节
点。

主要任务是路由的发现和维护，确保终端的连通/无连通情况，路由的可达性以及寻找传感器节点和汇聚节点之间最优路径（能量消耗最小、延时最小）。

传输层作用是进行数据流的传输控制进而保证网络通信质量
应用层要为传感器网络应用提供时间同步服务、节点定位机制、节点管理协议、任务协议和数据广播管理协议。

无线传感器网络体系结构
一、无线传感器网络体系结构介绍
无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一类可实现智
能信息采集、处理和传输的无线网络，它以无线传感节点为基本构成部分，具有自组织、自传输、自自适应能力，可大大减少安装成本和维护成本。

无线传感器网络系统一般由一个中央管理单元、一些无线传感器节点、一
个或多个网关节点、一个或多个应用服务器以及网络管理和数据传输组织
构成。

1、中央管理单元
中央管理单元是无线传感器网络的最高级管理模块，负责系统中各模块、节点的组织、配置和管理，并通过与每个传感器节点的交互来监控系
统的状态。

2、无线传感器节点
3、网关节点
网关节点负责将无线传感器网络中传感器节点的采集到的信息传输到
应用服务器，以及把应用服务器发送到传感器节点的数据传输到传感器节点，它也可以起到路由的作用。

4、应用服务器。

无线传感器网络技术的应用及其架构无线传感器网络技术是一种新型的网络技术，它综合了传感技术、信息处理技术、通信技术和计算机技术等多种技术，能够实现不同领域数据的采集、传输和处理，已经在农业、医疗、环保、安全等领域得到了广泛的应用和发展。

一、无线传感器网络的概述无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)是由大量分散的、具有感知、计算和通信能力的微型设备节点组成的一种自组织网络，通过无线通信协作实现信息感知和数据交换。

它是一种联网的传感器小型网络，可集成多种传感器和控制器，实现物理环境的实时感知和数据监测。

无线传感器网络常见的架构如下图：[image]由于传感器节点通常由蜂窝芯片、低功耗微控制器、射频单元和电池组成，其体积小、能耗低、成本较低，能够在恶劣环境下工作，广泛应用于无线监测、环境控制、地震监测等领域，在物联网中发挥着十分重要的作用。

二、无线传感器网络的应用1. 医疗领域无线传感器网络可以应用于医疗领域，比如心电图监测、糖尿病监测等。

传感器可以将数据采集后传输到云端上的数据库中，医生可以在任何时候查看相关数据，提高病人的诊治效率。

2. 安防领域无线传感器网络可以应用于安防领域，比如监控的视频、声音、热量等，可以实现对特定区域的智能化监控和警报系统的建设，提供更加有效的安全保障。

3. 农业领域无线传感器网络可以应用于农业领域，可以直接测量农作物的土壤湿度、光照、土壤温度、空气湿度等数据，提高农业生产的效率和产量。

4. 环境保护领域无线传感器网络可以应用于环境保护领域，可以监测空气污染程度、水资源质量等，并及时发布预警，提高环境监控的智能化程度。

三、无线传感器网络的架构无线传感器网络通常由底层传感器节点、中间逻辑处理器、上层应用服务器和数据传输网络组成，各个层次之间通过通信协议进行数据交换。

常见的无线传感器网络架构如下图：[image]1. 传感器节点传感器节点是无线传感器网络的最基本的组成部分，具有感知环境的能力，负责数据采集、传输、路由和存储等任务。